张培培，杨自栋，赵相君

(浙江农林大学工程学院，杭州市，311300)

0 引言

拖拉机可以与附装的、悬挂的或牵引的农机具一起完成起垄、播种、喷药、收获等大部分田间作业。科技部在“数字农业”建设战略研讨会上提出，以“精准农业”和“智能农业”为切入点，组织实施数字化农业科技行动，实施精准农业，广泛应用智能农业机械，提高资源利用率和经济效益[1]。因此拖拉机自动驾驶技术已成为农业装备智能化研究热点之一[2-6]，其研究方向主要分为车辆行驶轨迹规划和车辆轨迹跟踪控制两个方面。

随着控制技术的发展，国内外众多学者对拖拉机路径跟踪进行了建模并提出了相应的控制策略。应用较多的有PID控制[7]、模糊控制[8]、滑模控制[9]、模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)[10]、非线性模型预测控制(Nonlinear Model Predictive Control，NMPC)[11]等。

拖拉机是与农机具或挂车完成田间作业，因此近十年来众多学者开始对拖拉机牵引农机具或者挂车系统进行自动驾驶的路径跟踪控制进行研究[11-15]。Backman等[11]建立了基于拖拉机—牵引式农机具运动学模型的NMPC路径跟踪系统，设计的NMPC控制器能够保证拖拉机和农机具在牵引速度12 km/h时的横向误差最大误差为10 cm。Kayacan等[12]建立了拖拉机挂车机组的纵向和横向的非线性动力学模型，设计的PID控制器使挂车机组有效地跟踪曲线路径。Cariou等[13]研究了农用车辆—牵引式农机具在地头转向和速度自动驾驶控制，并设计了基于运动学模型前进和倒退的路径跟踪控制器，系统以0.5 m/s速度倒车沿期望路径行驶80 m时，农机具的后轴中心的横向误差在±20 cm。……